Полевые эмиссионные катоды на основе пористого анодного оксида алюминия и углеродных нанотрубок

Abstract

Разработан технологический процесс формирования массивов полевых эмиссионных катодов с заданными диаметрами и шагом расположения на основе пористых матриц анодного оксида алюминия и углеродных нанотрубок. Форма полевых эмиссионных катодов задавалась с помощью фотолитографии, выполненной по поверхности анодного оксида алюминия, и представляла собой набор колонн цилиндрической формы с диаметрами от 10 до 50 мкм, расположенных с шагом 100 и 160 мкм и имеющих высоту 2 мкм. При синтезе углеродные нанотрубки располагались в порах и на поверхности областей из оксида алюминия; при этом нанотрубки, находившиеся на поверхности пористого оксида, имели многостенную структуру, а нанотрубки, расположенные непосредственно в порах, использовали для своего образования элементы, входящие в состав оксида, вероятно, с получением карбидных соединений. Исследования автоэмиссионных свойств показали, что эмиссия электронов из полученных структур равномерна по поверхности массивов, протекает в соответствии с теорией Фаулера—Нордгейма, а разработанная конструкция позволяет полностью устранить эффект экранирования, вызванного близким расположением нанотрубок, синтезированных в пористой матрице оксида алюминия.

Розроблено технологічний процес формування масивів польових емісійних катод із заданими діяметрами й кроком розташування на основі пористих матриць анодного оксиду алюмінію і вуглецевих нанорурок. Форма польових емісійних катод задавалася за допомогою фотолітографії, виконаної по поверхні анодного оксиду алюмінію, й являла собою набір колон циліндричної форми з діяметрами від 10 до 50 мкм, розташованих з кроком 100 і 160 мкм, які мали висоту 2 мкм. При синтезі вуглецеві нанорурки розташовувалися у порах і на поверхні областей з оксиду алюмінію; при цьому нанорурки, що знаходилися на поверхні пористого оксиду, мали багатостінну структуру, а нанорурки, розташовані безпосередньо у порах, використовували для свого утворення елементи, що входили до складу оксиду, ймовірно, з одержанням карбідних сполук. Дослідження автоемісійних властивостей показали, що емісія електронів з одержаних структур є рівномірною по поверхні масивів, відбувається у відповідності до теорії Фаулера—Нордгейма, а розроблена конструкція уможливлює повністю усунути ефект екранування, спричиненого близьким розташуванням нанорурок, синтезованих у пористій матриці оксиду алюмінію.

Technological process for formation of field-emission cathode arrays with necessary diameter and step arrangement based on porous anodic alumina matrixes and carbon nanotubes is developed. Shape of field-emission cathodes is specified using photolithography methods on a surface of porous anodic alumina and represents cylindrical column arrays with diameter from 10 to 50 microns, step location of 100 and 160 microns, and high of 2 microns. During synthesis, carbon nanotubes are localized inside pores and on the surface of anodic alumina region with obtaining of two-type nanotubes. Nanotubes on the surface of anodic alumina have multiwall structures, but nanotubes inside pores use elements of anodic alumina, probably, with carbides formation. Field emission investigations show homogeneous electron emission from cathodes surface, which proceeds in accordance with the Fowler—Nordheim theory. Developed construction allows elimination of shielding effect caused by short distance between nanotubes synthesized in porous anodic alumina matrix.